Plus lente sera la chute

Deux morceaux de métal, en apparence identiques, présentent un comportement différent lorsqu’on les fait glisser dans une cornière d’aluminium. Celui qui tombe lentement est un aimant, mais ce n’est pas une force magnétique qui le freine car l’aluminium, comme le cuivre, n’est pas magnétique. Les courants de Foucault, peut-être ?

Fiche d’accompagnement de l’expérience:
 

Matériel
  • une cornière en plastique(longueur : 2,0 à 2,5 m) ;

  • une cornière en aluminium(longueur : 2,0 à 2,5 m) ;

  • un aimant puissant (par exemple en Nd-Fe-B) capable de glisser à l’intérieur de la cornière sans se coincer ;

  • un morceau de fer des mêmes dimensions que l’aimant.

Montage et réalisation

Prenons une cornière en plastique dont la section est en forme de U. Tenons-la quasi verticalement.
Nous disposons aussi de deux morceaux de métal, qui semblent identiques.
Si on lâche les morceaux de métal du sommet de la cornière, on observe pour chacun une chute accélérée qui dure à peine une seconde. Ce résultat, bien sûr, n’étonne personne.
Recommençons l’expérience en remplaçant la cornière en plastique par une cornière en aluminium. Le premier morceau de métal se comporte comme dans la cornière en plastique, et la durée de sa chute est sensiblement la même.
Mais le deuxième, au contraire, glisse très lentement dans la cornière en alu, et ne parvient en bas qu’au bout d’une dizaine de secondes.
En approchant une paire de ciseaux de chaque morceau de métal, on constate que l’un d’eux est un puissant aimant. C’est lui qui chute lentement dans la cornière en alu.

Explications

Quel phénomène a bien pu ralentir la chute de l’aimant ? L’aluminium n’est pas magnétique : la cornière approchée de chaque morceau de métal ne fait pas la différence entre les deux. Il n’y a donc pas de force attractive entre la cornière et l’aimant, susceptible de ralentir sa chute.
L’explication doit être recherchée dans les courants induits dans le métal de la cornière par le déplacement de l’aimant, appelés « courants de Foucault ». Ceux-ci circulent dans la cornière en créant une force magnétique induite, qui s’oppose au mouvement de l’aimant. Celle-ci agit donc comme une force de freinage, ce qui rend la durée de chute bien plus longue.
L’aimant, une fois lâché, subit une force de freinage qui s’oppose à son poids et dont la valeur dépend de sa vitesse, tout comme pour les forces de freinage dues à la résistance de l’air. Il s’établit alors un régime permanent dans lequel la force de freinage est exactement l’opposée du poids. Le mouvement résultant est donc uniforme (loi de Newton). Plus l’aimant est puissant, plus le régime permanent s’établit rapidement et plus faible est la vitesse limite atteinte.

Remarques

L’étonnement des spectateurs est plus grand si on lâche en premier le morceau de fer et si on ne les informe pas à l’avance des propriétés magnétiques du « deuxième solide ».
Pour réussir l’expérience il est important que l’aimant glisse bien à l’intérieur de la cornière et que l’espace entre l’aimant et la paroi intérieure de la cornière soit aussi réduit que possible.
Plus l’aimant est puissant, plus l’effet de ralentissement est visible. Avec un aimant torique en Nd-Fe-B (19 ´ 10 mm) la durée de chute est de l’ordre de 10 s par mètre.

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2 réflexions au sujet de « Plus lente sera la chute »

  1. rousseau

    Génial, bravo pour la démonstration et le petit schéma, bien plus démonstratif, dans un premier temps bien sur, qu’une explication mathématique Maxwellienne !

    Répondre

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